ધોરણ 10 વિજ્ઞાન પ્રકરણ 11: વિદ્યુત | સંપૂર્ણ નોટ્સ અને IMP પ્રશ્નો( std 10 th Chapter 11 Science)

ધોરણ 10 વિજ્ઞાન

પ્રકરણ 11: વિદ્યુત (Electricity)

સંપૂર્ણ સોલ્યુશન અને મોસ્ટ IMP પ્રશ્નો

🔌 ૧. વિદ્યુત પ્રવાહ (Electric Current)

જેમ નદીમાં પાણીનો પ્રવાહ વહે છે, તેમ વાહક તારમાં વિદ્યુતભાર (ઈલેક્ટ્રોન) ના વહનને વિદ્યુત પ્રવાહ કહે છે.

📏 સૂત્ર:

I =

(જ્યાં Q = વિદ્યુતભાર, t = સમય)

🔋 એકમ: વિદ્યુત પ્રવાહનો SI એકમ એમ્પીયર (A) છે.
🛠️ સાધન: તેને માપવા માટે એમીટર વપરાય છે, જેને હંમેશા શ્રેણીમાં જોડવામાં આવે છે.

⚡ ૨. વિદ્યુત સ્થિતિમાન (Potential Difference)

ઈલેક્ટ્રોનને પરિપથમાં ગતિ કરાવવા માટે જરૂરી વિદ્યુત દબાણને વિદ્યુત સ્થિતિમાનનો તફાવત (Voltage) કહે છે.

📏 સૂત્ર:

V =

(જ્યાં W = કાર્ય, Q = વિદ્યુતભાર)

🔋 એકમ: તેનો SI એકમ વોલ્ટ (V) છે.
🛠️ સાધન: તેને માપવા માટે વોલ્ટમીટર વપરાય છે, જે હંમેશા સમાંતર જોડવામાં આવે છે.

📏 ૩. ઓહ્મનો નિયમ (Ohm's Law)

"અચળ તાપમાને વાહક તારમાંથી વહેતો વિદ્યુત પ્રવાહ (I), તેના બે છેડા વચ્ચેના વિદ્યુત સ્થિતિમાનના તફાવત (V) ના સમપ્રમાણમાં હોય છે."

V = I × R

જ્યાં R = અવરોધ (Resistance). અવરોધનો SI એકમ ઓહ્મ (Ω) છે.

💡 યાદ રાખવાની ટ્રીક: જો તમારે R શોધવો હોય, તો સૂત્ર બનશે:

R =

📐 સમાંતર જોડાણના સમતુલ્ય અવરોધનું સૂત્ર

સમાંતર જોડાણમાં કુલ પ્રવાહ I એ દરેક અવરોધમાંથી વહેતા પ્રવાહના સરવાળા જેટલો હોય છે:

I = I₁ + I₂ + I₃

ઓહ્મના નિયમ મુજબ I = V / R થાય. તેથી દરેક અવરોધ માટે:

I₁ =

R₁

I₂ =

R₂

I₃ =

R₃

આ કિંમતો મુખ્ય સમીકરણમાં મૂકતા:

R_p

R₁

R₂

R₃

બંને બાજુથી V સામાન્ય કાઢીને ઉડાડતા, અંતિમ સૂત્ર મળશે:

R_p

R₁

R₂

R₃

💡 પાવરનું સૂત્ર (વોલ્ટેજ અને અવરોધના પદમાં)

આપણે જાણીએ છીએ કે P = V × I. ઓહ્મના નિયમ મુજબ:

I =

આ કિંમત પાવરના સૂત્રમાં મૂકતા:

P = V ×

→ P =

V²

⛓️ ૪. અવરોધોનું જોડાણ (વિભાગ D માટે IMP)

(A) શ્રેણી જોડાણ (Series Connection)

જ્યારે અવરોધોને એકબીજા સાથે ક્રમશઃ (લાઈનમાં) જોડવામાં આવે ત્યારે તેને શ્રેણી જોડાણ કહે છે.

R_s = R₁ + R₂ + R₃

(B) સમાંતર જોડાણ (Parallel Connection)

જ્યારે અવરોધોના છેડાઓ બે સામાન્ય બિંદુઓ વચ્ચે જોડાયેલા હોય ત્યારે તેને સમાંતર જોડાણ કહે છે.

R_p

R₁

R₂

R₃

🏠 રોજિંદું ઉદાહરણ: ઘરના વાયરિંગમાં સમાંતર જોડાણ હોય છે, જેથી દરેક ઉપકરણ સ્વતંત્ર રીતે કામ કરી શકે.

🔥 ૫. જ્યુલનો તાપીય નિયમ

જ્યારે વાહકમાંથી વિદ્યુત પ્રવાહ વહે છે ત્યારે તેમાં ઉષ્મા (ગરમી) ઉત્પન્ન થાય છે.

H = I² × R × t

🍳 ઉપયોગો: ઈસ્ત્રી, ગીઝર, હીટર અને ટોસ્ટર આ નિયમ પર કાર્ય કરે છે.
⚠️ ફ્યુઝ (Fuse): તે સુરક્ષા સાધન છે જે વધુ પડતા પ્રવાહ સમયે પીગળી જઈ ઘરના ઉપકરણોને બચાવે છે.

💡 ૬. વિદ્યુત પાવર (Electric Power)

વિદ્યુત ઉર્જા વપરાવાના દરને વિદ્યુત પાવર કહે છે.

📏 મહત્વના સૂત્રો:

P = V × I

P = I² × R

P =

V²

🔋 SI એકમ: પાવરનો એકમ વોટ (W) છે.
🏠 વ્યાપારી એકમ: ૧ યુનિટ = 1 kWh = 3.6 × 10⁶ Joules.

🎯 વિભાગ A: મોસ્ટ IMP હેતુલક્ષી પ્રશ્નો (વિદ્યુત)

I. બહુવિકલ્પ પ્રશ્નો (MCQ)

વિદ્યુત પ્રવાહનો SI એકમ કયો છે?
જવાબ: એમ્પીયર (A)
અવરોધકતાનો SI એકમ જણાવો.
જવાબ: ઓહ્મ-મીટર (Ω·m)
1 kWh બરાબર કેટલા જ્યુલ થાય?
જવાબ: 3.6 × 10⁶ J
પરિપથમાં વિદ્યુત સ્થિતિમાનનો તફાવત માપવા કયું સાધન વપરાય છે?
જવાબ: વોલ્ટમીટર
જો વાહક તારની લંબાઈ બમણી કરવામાં આવે, તો તેનો અવરોધ કેટલો થાય?
જવાબ: બમણો
નીચેનામાંથી પાવરનું સૂત્ર કયું નથી?
જવાબ: P = I × R²
ઘરગથ્થુ પરિપથમાં બધા જ ઉપકરણો કયા જોડાણમાં હોય છે?
જવાબ: સમાંતર જોડાણ
વિદ્યુત બલ્બનો ફિલામેન્ટ બનાવવા કઈ ધાતુ વપરાય છે?
જવાબ: ટંગસ્ટન
ફ્યુઝનો તાર કયા સિદ્ધાંત પર કાર્ય કરે છે?
જવાબ: વિદ્યુત પ્રવાહની તાપીય અસર
1 એમ્પીયર બરાબર કેટલા મિલીએમ્પીયર (mA) થાય?
જવાબ: 1000 mA

II. ખાલીજગ્યા પૂરો

૧. વિદ્યુતભારનો SI એકમ કુલંબ (C) છે.
૨. એમીટરને પરિપથમાં હંમેશા શ્રેણી જોડાણમાં જોડવામાં આવે છે.
૩. ઓહ્મના નિયમ મુજબ V = I × R થાય.
૪. શ્રેણી જોડાણમાં સમતુલ્ય અવરોધ R_s = R₁ + R₂ + R₃.
૫. સમાંતર જોડાણમાં દરેક અવરોધ પાસે વોલ્ટેજ (V) સમાન હોય છે.
૬. ૧ હોર્સ પાવર (1 HP) = ૭૪૬ વોટ.
૭. પરિપથમાં અવરોધ બદલવા માટે રિયોસ્ટેટનો ઉપયોગ થાય છે.
૮. તાપમાન વધારતા ધાતુનો અવરોધ વધે છે.
૯. વિદ્યુત ઉર્જા વપરાવાના દરને પાવર કહે છે.
૧૦. જ્યુલના તાપીય નિયમનું સૂત્ર H = I²Rt છે.

III. ખરા-ખોટા જણાવો

૧. શ્રેણી જોડાણમાં સમતુલ્ય અવરોધ, મોટામાં મોટા અવરોધ કરતા પણ મોટો હોય છે. — ખરું
૨. વોલ્ટમીટરને પરિપથમાં શ્રેણીમાં જોડવામાં આવે છે. — ખોટું
૩. શુદ્ધ ધાતુ કરતા તેની મિશ્ર ધાતુની અવરોધકતા વધારે હોય છે. — ખરું
૪. વિદ્યુતભાર (Q) એ સદિશ રાશિ છે. — ખોટું
૫. જો અવરોધ અડધો કરવામાં આવે, તો વિદ્યુત પ્રવાહ બમણો થાય. — ખરું
૬. ફ્યુઝનો તાર નીચું ગલનબિંદુ ધરાવતો હોવો જોઈએ. — ખરું
૭. સમાંતર જોડાણમાં દરેક અવરોધમાંથી એક સરખો પ્રવાહ વહે છે. — ખોટું
૮. વિદ્યુત પાવરનો SI એકમ જ્યુલ છે. — ખોટું (વોટ છે)
૯. રૂપું (Silver) એ વિદ્યુતનો સૌથી સારો વાહક છે. — ખરું
૧૦. V વિરુદ્ધ I નો આલેખ હંમેશા સીધી રેખા મળે છે. — ખરું

📝 વિભાગ B: ૨ ગુણના મોસ્ટ IMP પ્રશ્નોત્તર

૧. ૧ એમ્પીયર (1 A) વિદ્યુત પ્રવાહની વ્યાખ્યા આપો.

જવાબ: જો વાહકના કોઈ પણ આડછેદમાંથી ૧ સેકન્ડ (t = 1 s) માં ૧ કુલંબ (Q = 1 C) વિદ્યુતભારનો જથ્થો પસાર થતો હોય, તો તે વાહકમાંથી વહેતો વિદ્યુત પ્રવાહ ૧ એમ્પીયર કહેવાય.

1 A =

1 C

1 s

૨. ૧ વોલ્ટ (1 V) વિદ્યુત સ્થિતિમાનની વ્યાખ્યા આપો.

જવાબ: વિદ્યુત પ્રવાહધારી વાહકમાં ૧ કુલંબ (Q = 1 C) વિદ્યુતભારને એક બિંદુથી બીજા બિંદુ સુધી લઈ જવા માટે કરવું પડતું કાર્ય જો ૧ જ્યુલ (W = 1 J) હોય, તો તે બે બિંદુઓ વચ્ચે વિદ્યુત સ્થિતિમાનનો તફાવત ૧ વોલ્ટ કહેવાય.

1 V =

1 J

1 C

૩. વાહકનો અવરોધ કયા પરિબળો પર આધાર રાખે છે? અવરોધકતાનું સૂત્ર જણાવો.

જવાબ: વાહકનો અવરોધ (R) નીચેના પરિબળો પર આધાર રાખે છે:

વાહકની લંબાઈ (l) ના સમપ્રમાણમાં.
વાહકના આડછેદના ક્ષેત્રફળ (A) ના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં.
દ્રવ્યની જાત અને તાપમાન પર.

અવરોધકતા (ρ) =

R × A

૪. શ્રેણી જોડાણ અને સમાંતર જોડાણનો કોઈ પણ એક મુખ્ય તફાવત આપો.

લક્ષણ	શ્રેણી જોડાણ	સમાંતર જોડાણ
સમતુલ્ય અવરોધ	R_s = R₁+R₂+R₃ (અવરોધ વધે છે)	1 R_p = 1 R₁ + ... (અવરોધ ઘટે છે)

૫. વિદ્યુત ટોસ્ટર કે ઇસ્ત્રીની કુંડળી (ગૂંચળું અથવા Coil )શુદ્ધ ધાતુને બદલે મિશ્ર ધાતુની કેમ બનાવવામાં આવે છે?

જવાબ: આના બે મુખ્ય કારણો છે:

મિશ્ર ધાતુઓની અવરોધકતા તેમની શુદ્ધ ધાતુઓ કરતા ઘણી વધારે હોય છે, જેથી વધુ ઉષ્મા ઉત્પન્ન થાય છે.
મિશ્ર ધાતુઓ ઊંચા તાપમાને પણ જલ્દી ઓક્સિડાઈઝ (બળી) થતી નથી, જ્યારે શુદ્ધ ધાતુઓ જલ્દી પીગળી કે બળી શકે છે.

🎯 વિભાગ C: ૩ ગુણના મોસ્ટ IMP પ્રશ્નોત્તર

૧. વાહકનો અવરોધ કયા પરિબળો પર આધાર રાખે છે? સમજાવો.

કોઈ પણ વાહક તારનો અવરોધ (R) મુખ્યત્વે નીચેના પરિબળો પર આધાર રાખે છે:

(A) વાહકની લંબાઈ (l): વાહકનો અવરોધ તેની લંબાઈના સમપ્રમાણમાં હોય છે. એટલે કે, લંબાઈ વધે તો અવરોધ વધે.
R ∝ l
(B) આડછેદનું ક્ષેત્રફળ (A): વાહકનો અવરોધ તેના આડછેદના ક્ષેત્રફળના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે. એટલે કે, તાર જાડો હોય તો અવરોધ ઓછો હોય.

R ∝
1
A

અવરોધકતાનું સૂત્ર: ઉપરના બંને નિયમોને જોડતા:

R = ρ

જ્યાં ρ (રો) એ સપ્રમાણતા અચળાંક છે, જેને દ્રવ્યની અવરોધકતા કહે છે. તેનો એકમ Ω·m છે.

૨. જ્યુલનો તાપીય નિયમ લખો અને તેનું ગાણિતિક સૂત્ર તારવો.

નિયમ: "વાહકમાંથી વહેતા વિદ્યુત પ્રવાહને લીધે ઉત્પન્ન થતી ઉષ્મા (H), પ્રવાહના વર્ગ, વાહકના અવરોધ અને પ્રવાહ વહનના સમયના ગુણાકારના સમપ્રમાણમાં હોય છે."

💡 સાબિતી:

ધારો કે અવરોધ R માંથી I પ્રવાહ t સમય માટે વહે છે. વોલ્ટેજ V હોય, તો થયેલું કાર્ય (W):

W = V × Q ---- (૧)

પરંતુ, Q = I × t. આ કિંમત (૧) માં મૂકતા:

W = V × I × t ---- (૨)

ઓહ્મના નિયમ મુજબ V = I × R. આ કિંમત (૨) માં મૂકતા:

H = I²Rt

આ સૂત્રને જ્યુલનો તાપીય નિયમ કહે છે.

૩. ઘરેલું પરિપથમાં શ્રેણી જોડાણના ગેરફાયદા જણાવી સમાંતર જોડાણ કેમ શ્રેષ્ઠ છે તે સમજાવો. 11.7 ની આકૃતિ છે

ઘરેલું વાયરિંગમાં શ્રેણી જોડાણ વાપરવાના મુખ્ય ગેરફાયદા નીચે મુજબ છે:

એક ઉપકરણ બંધ તો બધા બંધ: શ્રેણી જોડાણમાં જો એક ઉપકરણ બગડી જાય અથવા તેની સ્વીચ બંધ કરવામાં આવે, તો આખો પરિપથ ખુલ્લો થઈ જાય છે અને બાકીના બધા જ ઉપકરણો બંધ થઈ જાય છે.
વોલ્ટેજ વહેંચાઈ જાય છે: શ્રેણીમાં જોડાણમાં દરેક ઉપકરણને પૂરતો વોલ્ટેજ (220V) મળતો નથી, કારણ કે વોલ્ટેજ દરેક અવરોધ વચ્ચે વહેંચાઈ જાય છે.
અવરોધ વધી જાય છે: શ્રેણીમાં કુલ અવરોધ વધી જવાથી પ્રવાહ ઘટી જાય છે.

સમાંતર જોડાણ કેમ શ્રેષ્ઠ છે? સમાંતરમાં દરેક ઉપકરણને સ્વતંત્ર સ્વીચ હોય છે અને દરેકને સમાન વોલ્ટેજ મળે છે, તેથી ઘરના વાયરિંગ માટે તે ઉત્તમ છે.

💎 વિભાગ D: ૪ ગુણના મોસ્ટ IMP પ્રશ્નો (સાબિતી સાથે)

૧. અવરોધોનું શ્રેણી જોડાણ સમજાવી, તેના સમતુલ્ય અવરોધનું સૂત્ર તારવો.

સમજૂતી: જ્યારે બે કે તેથી વધુ અવરોધોને ક્રમશઃ એવી રીતે જોડવામાં આવે કે દરેકમાંથી વહેતો વિદ્યુત પ્રવાહ (I) સમાન હોય, તો તેને શ્રેણી જોડાણ કહે છે.11.6 ની આકૃતિ છે

💡 સાબિતી:

ધારો કે ત્રણ અવરોધો R₁, R₂ અને R₃ શ્રેણીમાં છે. કુલ વોલ્ટેજ V એ દરેક અવરોધ વચ્ચે વહેંચાય છે:

V = V₁ + V₂ + V₃ ---- (સમીકરણ ૧)

ઓહ્મના નિયમ મુજબ V = IR હોવાથી:

V₁ = IR₁, V₂ = IR₂, V₃ = IR₃

આ કિંમતો સમીકરણ ૧ માં મૂકતા:

IR_s = IR₁ + IR₂ + IR₃
IR_s = I (R₁ + R₂ + R₃)
R_s = R₁ + R₂ + R₃

૨. અવરોધોનું સમાંતર જોડાણ સમજાવી, તેના સમતુલ્ય અવરોધનું સૂત્ર તારવો.

સમજૂતી: જ્યારે અવરોધોના છેડાઓ બે સામાન્ય બિંદુઓ વચ્ચે જોડવામાં આવે કે જેથી દરેકને સમાન વોલ્ટેજ (V) મળે, તો તેને સમાંતર જોડાણ કહે છે.

11.7 ની આકૃતિ છે

💡 સાબિતી:

ધારો કે કુલ પ્રવાહ I છે, જે દરેક અવરોધમાં વહેંચાય છે:

I = I₁ + I₂ + I₃ ---- (સમીકરણ ૨)

ઓહ્મના નિયમ મુજબ I = V / R હોવાથી:

I₁ = V / R₁, I₂ = V / R₂, I₃ = V / R₃

આ કિંમતો સમીકરણ ૨ માં મૂકતા:

R_p

R₁

R₂

R₃

R_p

R₁

R₂

R₃

૩. ઓહ્મનો નિયમ લખો અને તેને પ્રાયોગિક રીતે સમજાવવા માટે પરિપથની આકૃતિ દોરો.

નિયમ: "અચળ તાપમાને વાહક તારમાંથી વહેતો વિદ્યુત પ્રવાહ (I), તેના બે છેડા વચ્ચેના વિદ્યુત સ્થિતિમાનના તફાવત (V) ના સમપ્રમાણમાં હોય છે."

🔍 પ્રાયોગિક સમજૂતી:

આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબ અવરોધ, એમીટર, વોલ્ટમીટર અને બેટરીને જોડો.
બેટરીના વોલ્ટેજ બદલીને અલગ-અલગ V અને I ના મૂલ્યો નોંધો.
દરેક કિસ્સામાં V / I નો ગુણોત્તર અચળ (R) મળે છે.
V વિરુદ્ધ I નો આલેખ ઉગમબિંદુમાંથી પસાર થતી સીધી રેખા મળે છે.

V = I × R